氮肥减施对滴灌棉田NH3挥发及棉花养分吸收和产量的影响

王方斌，刘 凯，孙嘉璘，殷 星，侯振安

(石河子大学农学院资环系/新疆生产建设兵团绿洲生态农业重点实验室，新疆石河子 832003)

0 引 言

【研究意义】氮肥过量施用现象较为普遍[1]。我国氮肥用量占全球的1/3，平均施氮量达300 kg/hm2，氮肥利用率为35%左右[2]。由于氮肥利用率低，氮肥通过NH3挥发、N2O排放、淋溶和径流等途径损失数量较大，同时引发了一系列环境污染的问题[3]。其受气候条件、土壤状况、肥料种类等多种因素影响。合理的施肥措施是减少NH3挥发的有效途径之一。【前人研究进展】农田土壤NH3挥发是氮素气态损失的主要途径。每年施入农田氮素的10%～30% 以NH3形式损失[4-5]。研究表明，随着施氮量的增加，NH3损失显著增加，而棉花产量呈现先升高后降低的趋势[6]。近年来，新型肥料的应用对于减少农田氮肥NH3损失产生了较好效果。研究表明，控释肥配施无机肥能够降低稻田土壤NH3挥发损失[7]。施用沼液+猪粪有机肥在保证水稻产量的前提下减少氨挥发和氮流失风险[8]。施用控释肥可在减少施氮量、保证玉米产量的同时，显著降低土壤NH3挥发[9]。合理的减氮措施是在增加或保证作物产量的同时，提高氮肥利用率，减少氮素气态损失，降低环境污染风险的关键[10]。【本研究切入点】新疆是我国重要的陆地棉和长绒棉种植基地，氮肥用量平均在345 kg/hm2以上，超过棉花生长发育的实际需氮量[11]，氮肥利用率降低。研究氮肥减施对滴灌棉田NH3挥发及棉花养分吸收和产量的影响。【拟解决的关键问题】采用田间试验，研究氮肥减施对滴灌棉田NH3挥发、棉花产量及养分利用的影响，为提高滴灌棉田氮肥利用率，减少NH3挥发提供参考。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验在新疆石河子市天业试验基地进行，土壤类型为灌耕灰漠土，质地为壤土。该地区年平均降水量为210 mm，年平均蒸发量1 600 mm，耕层土壤基本理化性状：pH 8.12，有机质15.86 g/kg，有效磷20.34 mg/kg，有效钾452.58 mg/kg。供试作物为棉花品种新陆早71号。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

试验采用田间小区试验，设4个处理，分别为(1)对照(CK，不施氮肥)；(2)常规化肥习惯施肥(施N 300 kg/hm2，T300)；(3)常规化肥减氮20%(常规化肥，施N 240 kg/hm2，T240)；(4)酸性液体肥减氮20%(施N 240 kg/hm2，L240)；(5)酸性液体肥减氮35%(施N 200 kg/hm2，L200)。每个处理重复3次，共15个试验小区，小区面积40 m2。常规化肥使用尿素、磷酸一铵、硫酸钾；酸性液体肥养分含量为20-12-0、19-9-2、19-5-5，pH值2～3。各处理磷、钾肥施用量相同，分别为P2O5105 kg/hm2、K2O 75 kg/hm2。

棉花采用膜下滴灌，1膜3管6行，行距配置为(66+10)cm，株距为12 cm，毛管间距为76 cm。棉花于2018年4月21日播种，采用“干播湿出”的方式，播种后滴40 mm出苗水。棉花生长期间共灌水9次，总灌水量450 mm。灌水周期为7～9 d，从开花前(6月19)开始至吐絮前(8月24日)结束。试验中，氮、磷、钾肥全部作追肥，在棉花生长期间分6次随水滴施(播种后59、68、77、86、95、104 d)。其他管理措施与当地大田生产保持一致。

1.2.2 测定指标

土壤NH3挥发：采用密闭室法，以0.01 mol H2SO4作吸收液收集。在棉花灌水施肥期间(6月19日～8月22日)，进行土壤NH3挥发的全程监测。每个试验小区布置2个氨挥发监测装置，分别在棉花宽行(66 cm)和窄行(10 cm)内各安装1个。在每次灌水施肥前1 d放入装置，并于下一次灌水施肥前1 d取回装置，每个监测周期为8 d(1个灌水施肥周期)。灌水施肥期间，共取样6次。采用靛酚蓝比色法测定吸收液，计算NH3挥发损失量[12]。

棉花养分含量：在棉花不同生育时期采集棉花植株样品。每个小区随机取3株，自茎基部剪下，分成茎、叶、蕾铃3个部分。新鲜植物样品在105℃下杀青 30 min 后，70℃下烘干至恒重，称量植株干物质重。将植株样品粉碎后过1 mm筛，经H2SO4-H2O2消煮后，采用凯氏定氮法、钒钼黄比色法、火焰光度法分别测定植株全氮、全磷、全钾含量[13]。

棉花产量：在棉花收获前测定棉花产量，实收计产。

1.3 数据处理

数据计算和绘图使用 Microsoft Excel 2003 软件进行。方差分析和数据变异用SPSS 21.0 统计分析软件进行。

2 结果与分析

2.1 土壤NH3挥发

研究表明，减少施氮量可显著降低土壤NH3挥发损失。常规化肥减氮20%(T240)、酸性液体肥减氮20%(L240)和35%处理(L200)在各灌水施肥周期的土壤NH3挥发损失量均显著低于农民习惯施肥处理(T300)。在第3、4、5个灌水施肥周期，T240处理土壤氨挥发积累量较T300处理降低22.1%～38.8%，L240处理降低67.1%～74.6%，L200处理降低74.6%～81.9%。L240处理在3个灌水施肥周期的土壤氨挥发损失量均显著低于T240处理，较T240处理分别降低54.6%、57.7%和58.9%。图1

研究表明，在棉花整个灌水施肥期间(6月19日～8月22日)，不同处理土壤NH3挥发累积量差异显著。T240、L240和L200处理土壤NH3挥发累积量较T300处理分别减少31.1%、73.4%、78.8%。在同一施氮水平下，L240处理土壤NH3挥发累积量较T240处理减少61.4%。对酸性液体肥料而言，L200处理的土壤NH3挥发累积量较L240处理减少20.6%。图2

图2 不同处理在灌水施肥期间(6月19日～8月22日)的土壤NH3挥发累积量

2.2 棉花干物质重

研究表明，L240处理棉花总干物质重和T300处理无显著差异，均显著高于T240和L200处理。T240、L200处理总干物质重较T300分别降低了4.9%、9.2%。

T300处理棉花茎和叶干重最高，尤其叶干重显著高于其他处理。L240和T240处理棉花铃干重无明显差异，均显著高于其他处理；但L240处理茎、叶干重显著高于T240处理，分别增加15.6%和12.5%。表1

表1 不同处理棉花干物质重

2.3 棉花养分吸收

研究表明，T240和L240处理棉花氮素吸收量无显著差异，均显著高于T300处理，分别增加了9.1%和12.6%。L200处理棉花氮素吸收和T300处理差异不显著。图3

图3 不同处理棉花氮素养分吸收

研究表明，L240处理棉花磷素吸收量最高，分别较T300、T240、L200处理增加了11.7%、15.8%、17.7%。T240和L200处理棉花磷素吸收量与 T300处理无显著差异。图4

图4 不同处理棉花磷素养分吸收

研究表明，各处理中以T300处理钾素吸收量最高，分别较T240、L240、L200处理增加12.0%、13.3%、23.6%。T240处理与L240处理差异不显著，L240处理较L200处理钾素吸收量提高8.2%。图5

图5 不同处理棉花钾素养分吸收

2.4 棉花产量及构成因子

研究表明，L240和T240处理棉花产量无显著差异，均显著高于T300处理；较T300处理分别提高了12.6%和9.6%。L200处理棉花产量与T300处理无显著差异，较L240处理降低11.2%。

L240和T240处理棉花结铃密度无显著差异，均显著高于T300处理；较T300处理分别提高了8.6%和12.2%。L240处理棉花结铃密度较L200处理增加10.2%。不同处理棉花单铃重差异不显著(P>0.05)。表2

表2 不同处理棉花产量及其构成因子

2.5 氮肥利用率

研究表明，3个减氮处理(T240、L240和L200)棉花氮肥偏生产力均显著高于常规化肥处理(T300)，较T300处理分别提高了36.7%、39.8%和46.6%。L240处理棉花氮肥偏生产力与T240处理无显著差异。

T240、L240和L200处理棉花氮肥农学利用率均显著高于常规化肥处理，较T300处理分别提高66.1%、78.2%和46.8%。L240处理棉花氮肥农学利用率较L200处理提高了21.4%。

减少施氮量均可提高棉花氮肥表观利用率。T240、L240和L200处理棉花氮肥表观利用率无显著差异，均显著高于习惯施肥处理，分别较T300处理提高了20.1%、23.9%和24.9%。表3

表3 不同处理棉花氮肥利用率

3 讨 论

施氮量显著影响土壤NH3挥发。随着施氮量的增加，土壤NH3挥发量也呈线性增加[14]。研究中表明，3个减氮处理土壤NH3挥发积累量常规化肥处理(习惯施肥)均较显著降低，这与前人的研究结果一致[15]。研究还发现2个减氮比例相同处理，酸性液体肥减氮20%(L240)土壤NH3挥发积累量显著低于常规化肥减氮处理(T240)。可能是由于酸性液体滴灌肥在一定程度上会降低土壤 pH 值，从而减少了NH3挥发损失量。一般认为土壤 pH 值是影响土壤NH3挥发的重要因素，随着pH的增加，NH3挥发会显著增加[16]。也有研究表明，当灌溉溶液pH 值为1.5、3.5时，土壤氨挥发总量较 pH 为7时，降低了68.34%和22.39%[17]。

合理的施氮量能够促进作物植株生长，是形成高产的基础[18]。过高的施氮量会导致棉花茎叶的生长过旺，蕾铃脱落严重[19]，这与研究中常规化肥(施氮量300 kg/hm2)处理茎秆生物量高而铃生物量不高的结果相似。研究中发现当施氮量为240 kg/hm2，酸性液体肥和常规化肥处理铃生物量均显著高于习惯施肥处理。说明较常规化肥施氮量减氮20%有利于促进棉花生殖器官生物量积累。也有不同研究表明，当施氮量为225～300 kg/hm2时，棉花具有较高的结铃密度和产量[20]。产生这种现象差异的主要原因是不同地区的土壤状况、施肥方式等有所不同。此外研究还发现在同一减氮水平下，酸性液体肥处理地上部总生物量显著高于常规化肥处理。也有研究表明，液体滴灌肥有助于促进棉花的生长，从而促进高产[21]。

施氮量显著影响棉花养分吸收。过量施氮会造成植株贪青旺长，大量氮素残留在茎秆中，不利于氮素向籽粒中转移，造成氮素资源浪费；而氮素供应不足，也会影响生长发育，致使氮素吸收量低[22]。研究中的结果表明，当施氮量240 kg/hm2，氮素吸收量为最优，显著高于施氮量为300和200 kg/hm2处理。研究还发现，酸性液体肥减氮20%时，棉花磷素吸收量显著优于各处理，而减氮35%时仍与常规化肥及其减氮处理无显著差异，说明酸性液体肥可以促进棉花的磷素吸收。产生这种现象可能的原因是在酸性条件下，有助于降低土壤中磷素的固持，提高磷素的有效性[23]，促进棉花磷素的吸收。研究中还发现减少施氮量，会显著降低棉花钾素的吸收。邹芳刚等[24]的结果也表明，当施氮量在0～300 kg/hm2时，植株的钾素吸收量随着施氮量的增加而增加。

棉花氮肥偏生产力、农学利用效率和表观利用率受施氮量显著影响。一般认为随着施氮量的增加，棉花氮肥利用效率随着施氮量的增加而降低[25-26]，这与研究棉花氮肥偏生产力结果相一致。此研究还发现，酸性液体肥减氮35%农学利用效率显著低于酸性液体肥减氮20%处理，而氮肥生理利用率无显著差异。产生这种现象的主要原因可能是施氮量过低，不利于棉花生长，进而降低了其利用率。也有研究表明，施氮过高或过低均不利于氮肥农学利用率(NAE)、生理利用率(NPE)的增加[27]。

4 结 论

与习惯施肥相比，常规化肥和酸性液体肥减氮20%均显著降低土壤NH3挥发，提高棉花氮肥利用率；其中，酸性液体肥减氮20%土壤NH3挥发显著降低73.4%，棉花氮磷素养分吸收分别提高12.6%和11.7%，产量增加12.6%，是滴灌棉田氮肥合理施用的优化措施。